本發(fā)明大體上涉及用于激光熔覆的系統(tǒng)和方法，更具體地涉及用于在受控環(huán)境中進(jìn)行激光熔覆的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

激光熔覆是一種材料沉積工藝，在該工藝中通過采用激光作為熱源，使適當(dāng)?shù)牟牧?比如粉末狀或絲狀金屬)沉積到基底上，以在沉積的材料和基底之間形成冶金結(jié)合。激光熔覆可以用作常規(guī)焊接和熱噴涂技術(shù)的替代物。

在一些情況下，激光熔覆可能容易有缺陷，比如過度氧化和孔隙度。這種情況發(fā)生的程度可能取決于所沉積的材料的類型。某些應(yīng)用要求極高的質(zhì)量(比如，覆層中僅能接受有限的孔隙度)。傳統(tǒng)上，局部的惰性保護(hù)氣體流被引導(dǎo)到沉積部位附近，以嘗試減少上述缺陷。然而，該方法可能難以控制。

日本專利jps54160535a的標(biāo)題為“采用激光焊接進(jìn)行金屬鏡坯材料的制造(manufactureofmetalmirrorblankbylaserwelding)”，其涉及在真空條件下，通過照射激光束使基板的焊接部分熔化，另外通過照射激光束使反射材料溶解，從而將反射材料焊接到基板上的金屬鏡坯材料的制造過程。將真空容器抽真空之后，來自激光發(fā)生器的第一激光束通過反射鏡被分開，然后由相應(yīng)的冷凝器聚焦。反射材料由輸送機(jī)構(gòu)分配在光束的聚焦點處。反射材料熔化，并掉落到基板的焊接部分上。第二激光束定位成使得其聚焦點由散焦設(shè)備稍微偏離基板上的點，使得焊接部分稍微熔化。因此，反射材料焊接到焊接部分，基板和反射材料因此形成合金，以形成高純度材料表面，作為上坯料表面。通過驅(qū)動裝置使基板移動，并使金屬鏡面坯料形成于基板上。

應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，發(fā)明人已經(jīng)創(chuàng)建了此背景描述，以幫助讀者，其不用作指示任何所指的問題是本領(lǐng)域了解的那些。在某些方面和實施例中，盡管所述的原理可以緩解其他系統(tǒng)中的固有問題，但應(yīng)該認(rèn)識到，受保護(hù)的創(chuàng)新內(nèi)容的范圍由所附權(quán)利要求書限定，而不是由任何公開的特征能夠解決本文所述的任何具體問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在實施例中，本發(fā)明描述了一種激光熔覆系統(tǒng)。該用于激光熔覆的系統(tǒng)包括激光設(shè)備、腔室和泵系統(tǒng)。

激光設(shè)備配置成生成激光束。腔室包括限定了腔室內(nèi)熔覆區(qū)域的內(nèi)表面。熔覆區(qū)域包括密封容積。腔室包括由激光透明材料制成的窗口，該窗口配置成允許激光束從中穿過進(jìn)入熔覆區(qū)域。泵系統(tǒng)具有與熔覆區(qū)域相連通的端口。泵系統(tǒng)配置成在熔覆區(qū)域內(nèi)選擇性地產(chǎn)生足以將氣體從熔覆區(qū)域內(nèi)通過端口排空的真空壓力。激光設(shè)備包括激光頭和機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)。激光束從激光頭發(fā)射。機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)配置成選擇性地移動激光頭，使得激光束在腔室內(nèi)相對于基準(zhǔn)點移動。

在另一個實施例中，描述了一種用于激光熔覆的方法。將部件放置在腔室的內(nèi)表面所限定出的熔覆區(qū)域內(nèi)。熔覆區(qū)域包括密封容積。腔室包括由激光透明材料制成的窗口。

在熔覆區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生足以將氣體從中排空的真空壓力。熔覆材料沉積在部件上。

激光束被從腔室外部引導(dǎo)通過窗口，使得激光束將熔覆材料熔化在部件上。通過采用機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)，相對于部件沿掃描路徑移動激光束，以移動發(fā)出激光束的激光頭。允許熔覆材料固化，使得熔覆材料與部件結(jié)合。

通過以下詳細(xì)描述和附圖，將了解所公開的原理的進(jìn)一步和替代方面以及特征。應(yīng)該認(rèn)識到，本文公開的用于激光熔覆的系統(tǒng)和方法能夠在其他和不同的實施例中實施，且能夠在各個方面進(jìn)行修改。因此，應(yīng)該理解，前面的一般描述和下面的詳細(xì)描述都僅僅是示例性的和說明性的，并不限制所附權(quán)利要求書的范圍。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)造的用于激光熔覆的系統(tǒng)的一個實施例的示意性側(cè)視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)建的用于激光熔覆的系統(tǒng)的另一個實施例的示意性側(cè)視圖。

圖3是圖2的激光熔覆系統(tǒng)的示意性前視圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理而適合與激光熔覆系統(tǒng)和方法一起使用的部件的一個實施例的俯視圖。

圖5是圖4的部件沿圖4中線v-v截取的剖面圖。

圖6是從圖5得到的放大細(xì)節(jié)圖，如圖中圓圈vi所示。

圖7是流程圖，示出了遵循本發(fā)明的原理而用于用于激光熔覆的方法的一個實施例的步驟。

應(yīng)該理解，附圖并不必用于限定范圍，并且所公開的實施例有時是用圖解的方式和以局部視圖的方式進(jìn)行解釋說明。在某些情況下，已經(jīng)忽略了對理解本發(fā)明不必要的或者使其他細(xì)節(jié)難于理解的細(xì)節(jié)。當(dāng)然，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于本文所述的特定實施例。

具體實施方式

本文公開了用于激光熔覆的系統(tǒng)和方法的實施例。在實施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)造的激光熔覆系統(tǒng)可以用于在受控環(huán)境條件下，將熔融的熔覆材料珠粒施加到部件的基底表面，該受控環(huán)境條件配置用于降低珠粒固化時形成的熔覆材料層內(nèi)孔隙的發(fā)生和/或尺寸。

在實施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)造的激光熔覆系統(tǒng)包括具有激光透明窗口的真空腔室和泵系統(tǒng)，泵系統(tǒng)配置成在使用設(shè)置在腔室外部的激光設(shè)備所產(chǎn)生的激光束將熔覆材料結(jié)合到腔室內(nèi)布置的部件的基底表面之前，有選擇地將腔室內(nèi)的氣體排空。在實施例中，激光設(shè)備包括機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)，其配置成相對于真空腔室內(nèi)布置的部件而移動激光束和/或調(diào)節(jié)激光束的定向。在實施例中，可以設(shè)置內(nèi)部部件操縱器，其配置成相對于激光束指引腔室內(nèi)的部件。在實施例中，還可以提供材料進(jìn)料設(shè)備，其配制成在將部件的基底置于真空腔室內(nèi)時，有選擇地從中分配熔覆材料。

在實施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)造的用于激光熔覆的系統(tǒng)可以用于執(zhí)行用于激光熔覆的方法，其包括將部件置于由腔室的內(nèi)表面限定的熔覆區(qū)域內(nèi)，并包括密封容積。腔室包括由激光透明材料制成的窗口。在熔覆區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生足以將氣體從中排空的真空壓力。在實施例中，在將環(huán)境氣體從中排空之后，可以用惰性氣體(比如氦氣)來回填熔覆區(qū)域。

熔覆材料沉積在部件上。激光束從腔室外部被引導(dǎo)通過窗口，使得激光束將熔覆材料熔化在部件上。通過采用機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)，使激光束相對于部件沿掃描路徑移動，以移動發(fā)出激光束的激光頭。允許熔覆材料固化，使得熔覆材料與部件結(jié)合。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)造的激光熔覆系統(tǒng)20的示例性實施例。激光熔覆系統(tǒng)20可以用于執(zhí)行遵循本發(fā)明的原理的用于將熔覆材料22熔覆到部件30的基底表面25上的方法。激光熔覆系統(tǒng)20可以用于制造、維修和/或改造部件30。圖1的部件30被示出為簡單的軸的形式。應(yīng)該理解，在其他實施例中，部件30可以具有不同的形式。

圖1的激光熔覆系統(tǒng)20包括激光設(shè)備32、腔室34、泵系統(tǒng)35、部件固定件37、材料進(jìn)料設(shè)備39、以及控制器40。激光熔覆系統(tǒng)20還可以包括為激光熔覆系統(tǒng)20供電的電源(未示出)。部件30被示出為布置在部件固定件37內(nèi)，并被保持于其中用于進(jìn)一步處理。

激光設(shè)備32配置成生成激光束43。腔室34包括限定了腔室34內(nèi)熔覆區(qū)域47的內(nèi)表面45。熔覆區(qū)域47包括密封容積。腔室34包括由激光透明材料制成的窗口49，其配置成允許激光束43從中穿過進(jìn)入熔覆區(qū)域47。泵系統(tǒng)35具有與熔覆區(qū)域47相連通的端口50。泵系統(tǒng)35配置成在熔覆區(qū)域47內(nèi)選擇性地產(chǎn)生足以將氣體從熔覆區(qū)域47內(nèi)通過端口50排空的真空壓力。

激光設(shè)備32包括激光頭52和機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54。激光束43從激光頭52發(fā)射。機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54配置成選擇性地移動激光頭52，使得激光束43在腔室34內(nèi)相對于基準(zhǔn)點移動。

激光設(shè)備32配置成在部件30被保持在部件固定件37中時，將激光束43引導(dǎo)到部件30的基底表面25。激光束43配置成使沉積在部件30上的熔覆材料22熔化。激光束43可以包括相干光或者更具體的電磁輻射。在實施例中，激光設(shè)備32生成具有預(yù)定范圍內(nèi)波長的激光束，使得窗口49對于從中穿過的激光束43的激光輻射是透明的。

在實施例中，激光設(shè)備32可以包括容納必要熱源的任何類型的適當(dāng)激光器。在實施例中，激光設(shè)備32可以包括連續(xù)激光器或脈沖激光器。例如，在實施例中，激光設(shè)備32可以包括高能co2激光器；nd:yag激光器、其他類型的固態(tài)纖維傳導(dǎo)激光器；飛秒、納秒、或皮秒激光器；以及能夠?qū)⒔o定應(yīng)用中所用的熔覆材料22進(jìn)行熔化的任何其他類型的激光器。

激光頭52包括產(chǎn)生激光束43的激光源。在所示實施例中，激光頭52可以將激光束43引導(dǎo)到部件30的基底表面25上。激光頭52配置成沿部件30的基底表面25引導(dǎo)并掃描激光束43的聚焦點以用于激光熔覆工藝。在實施例中，激光頭52可以包括任何合適的激光頭，比如對跨越基底表面25的激光束43進(jìn)行光柵掃描的激光掃描頭部。

在實施例中，激光設(shè)備32包括光學(xué)組套。光學(xué)組套可以配置成將激光束43引導(dǎo)成一定的激光束形狀。在實施例中，光學(xué)組套可以配置成產(chǎn)生任何適當(dāng)?shù)墓馐螤睿热鐖A形、方形、長方形或線形。

光學(xué)組套可以配置成在每個激光熔覆循環(huán)中均接收并引導(dǎo)激光束43沿一段長度的掃描路徑，激光束43旨在沿該長度作用于熔覆材料22，以將熔覆材料22激光熔覆在部件30上。在實施例中，光學(xué)組套可以包括多個振蕩鏡和步進(jìn)電機(jī)，其配置成機(jī)械地控制鏡的移動或使激光束43改變方向。在實施例中，壓電致動器、伺服電機(jī)、或氣動裝置可以用于機(jī)械地控制或移動反射鏡。在實施例中，光學(xué)組套可以是固定的。在實施例中，掃描路徑可以基本上包圍部件30。在實施例中，掃描路徑可以描繪出部件的熔覆區(qū)域。在實施例中，部件的熔覆區(qū)域可以基本上與部件上發(fā)現(xiàn)的由于預(yù)期應(yīng)用中的維修而造成的磨損路徑一致。

在實施例中，激光設(shè)備32包括分束器，其將入射激光束分割為清潔光束和焊接光束。清潔光束可以用于通過去除部件30的基底表面25上的污染物，從而使部件30的基底表面25準(zhǔn)備好接收熔覆材料22，焊接光束可以作為激光束43來熔化沉積在已清潔的基底表面25上的熔覆材料22。可以協(xié)調(diào)清潔光束和焊接光束的掃描路徑，以便焊接光束基本上沿著相同的掃描路徑緊跟在清潔光束后面。

在實施例中，激光設(shè)備32的機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于此目的的任何適當(dāng)?shù)难b置。在實施例中，機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54可以包括一維線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng)。在又一些其他實施例中，機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54可以包括配置成移動激光頭52，使得激光束43在腔室34內(nèi)以至少兩個自由度相對于基準(zhǔn)點移動。例如，在實施例中，機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54可以包括六軸機(jī)器人。

機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54可以配置成在激光頭52發(fā)出的激光束43和安裝在腔室34內(nèi)的部件固定件37內(nèi)的部件30之間選擇性地提供相對運(yùn)動。機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54可以使激光束43在掃描路徑上方移動，以在部件30上形成沿著掃描路徑的熔覆材料22的熔化珠粒。機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54可以相對于部件30而移動激光束43，使得掃描路徑在部件30的基底表面25的預(yù)定區(qū)域上產(chǎn)生熔覆材料22的基本上鄰接的層。

依然參照圖1，真空腔室34可以用于產(chǎn)生完全受控的環(huán)境，可以在其內(nèi)執(zhí)行激光熔覆工藝。在實施例中，真空腔室34在一面上包括透明材料，其允許激光束43不減弱地通過。在所示實施例中，為此目的而設(shè)置窗口49。

腔室34的窗口49可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥伞＠纾趯嵤├校翱?9由激光束43的波長可透過的玻璃、二氧化硅或其他合適的材料制成。

在所示實施例中，腔室34包括主體70和面板72。在所示實施例中，面板72包括窗口49。在該實施例中，主體70包括限定了部件開口74的盒狀結(jié)構(gòu)。部件開口74配置成允許部件30從其間通過而被置于熔覆區(qū)域47內(nèi)。面板72被固定到主體70上，使得面板72可以相對于主體70而被布置，以遮蔽部件開口74。面板72可以被布置成與主體70成密封關(guān)系，使得熔覆區(qū)域47包括密封容積，以允許泵系統(tǒng)35在熔覆區(qū)域47內(nèi)產(chǎn)生真空壓力。

圖1所示實施例中的面板72可以設(shè)置在腔室34的主體70內(nèi)限定的槽75內(nèi)，使得面板72與主體70密封地接合。在實施例中，面板72可以包括周界77、一對相對的大體平坦的面78、79、以及同時包圍面板的毗鄰周界77的兩個面78、79的密封構(gòu)件(未示出)。密封構(gòu)件可以配置成密封地接合腔室34的主體70，以在其間產(chǎn)生大致真空的緊密密封。在實施例中，密封構(gòu)件可以具有任何合適的形式。例如，在實施例中，密封構(gòu)件呈墊圈或o形環(huán)的形式。在其他實施例中，面板72可以具有不同的構(gòu)造，以提供面板72和主體70之間的密封，以助于泵系統(tǒng)35在熔覆區(qū)域47內(nèi)產(chǎn)生真空壓力。

面板72可以從主體70上移除，以便將部件30安裝到部件固定件37內(nèi)，并允許安裝在部件固定件37中的部件30從其移除。在實施例中，面板72經(jīng)由鉸鏈連接和鎖緊扣環(huán)可移除地固定到主體70。在其他實施例中，激光熔覆系統(tǒng)20可以包括機(jī)器人部件傳遞系統(tǒng)，以將部件30安裝到腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)和/或從中移除。

依然參照圖1，泵系統(tǒng)35可以配置成將腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)的環(huán)境氣體去除。泵系統(tǒng)35配置成在熔覆區(qū)域47內(nèi)選擇性地產(chǎn)生足以將氣體從熔覆區(qū)域47內(nèi)通過端口50排空的真空壓力。在實施例中，泵系統(tǒng)35可以配置成在熔覆工藝過程中將熔覆區(qū)域47保持在真空壓力以下或腔室34外部的環(huán)境壓力以下。在實施例中，泵的端口50與腔室34的熔覆區(qū)域47密封連通，使得在泵停止操作之后，熔覆區(qū)域47內(nèi)的真空壓力被保持一段時間。

在實施例中，泵系統(tǒng)35可以包括配置成將氣體從腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)排空的任何合適的泵系統(tǒng)。在實施例中，泵系統(tǒng)35配置成將氣體從腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)排空，使得腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)的氧氣量減少。在實施例中，泵系統(tǒng)35配置成將腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)的氣體排空，使得熔覆材料22和/或部件30的基底表面25被氧化的傾向降低。在實施例中，泵系統(tǒng)35配置成將氣體從腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)排空，使得腔室內(nèi)的熔覆區(qū)域基本上不含氧。

在實施例中，泵系統(tǒng)配置成將腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)的壓力保持在低于恰好在腔室34外部的環(huán)境壓力。在其他實施例中，泵系統(tǒng)可以配置成在經(jīng)過預(yù)定量的時間后，使熔覆區(qū)域47內(nèi)的壓力回到與腔室34外部的環(huán)境壓力平衡的狀態(tài)。

在實施例中，泵系統(tǒng)35包括惰性氣體供源82。泵系統(tǒng)35可以配置成在將氣體從熔覆區(qū)域47內(nèi)排空之后，從惰性氣體供源82中用一定量的惰性氣體來選擇性地回填熔覆區(qū)域47。在實施例中，惰性氣體供源82可以包括可用的任何合適的惰性氣體，比如氬氣、氮氣、氦氣。

在實施例中，在使用惰性氣體來回填腔室34之后，泵系統(tǒng)35可以再次操作，以減小腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)的壓力，并且接著再次用惰性氣體來回填熔覆區(qū)域。在實施例中，可以通過在腔室的熔覆區(qū)域47內(nèi)產(chǎn)生真空壓力，然后用惰性氣體將熔覆區(qū)域47進(jìn)行回填，甚至以迭代方式進(jìn)一步降低熔覆區(qū)域47內(nèi)的氧氣和/或其他雜質(zhì)的濃度，通過進(jìn)行多個循環(huán)來操作泵系統(tǒng)35。

在實施例中，泵系統(tǒng)35可以配置成產(chǎn)生真空壓力，該真空壓力處于對于所設(shè)想的特定激光熔覆工藝合適的范圍內(nèi)。在實施例中，由泵系統(tǒng)產(chǎn)生的真空壓力的合適范圍是在絕對真空和腔室34外部環(huán)境壓力之間的范圍(或者在其他實施例中是它們的任何合適子組)。在實施例中，由泵系統(tǒng)35所產(chǎn)生的真空壓力的目標(biāo)范圍可根據(jù)在給定激光熔覆工藝中使用的部件30和/或材料的特定特征(例如，部件30和熔覆材料22的基底表面25的特定材料)而改變。

在實施例中，泵系統(tǒng)35可配置成在已將一定量的惰性氣體回填到熔覆區(qū)域47中之后、維持熔覆區(qū)域47內(nèi)的負(fù)壓(相對于腔室34外部的環(huán)境壓力)。在其他實施例中，泵系統(tǒng)35能配置成在已將一定量的惰性氣體回填到熔覆區(qū)域47中之后、允許熔覆區(qū)域47內(nèi)的壓力回復(fù)至與腔室34外部的環(huán)境壓力均衡的狀態(tài)。

在實施例中，泵系統(tǒng)35可以在腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)產(chǎn)生足以如上所述j將氣體從中排空的真空壓力。之后，該泵系統(tǒng)可以將一定量的惰性氣體從惰性氣體供源82中積極地排出，并且將該惰性氣體輸送至腔室34的熔覆區(qū)域47。在實施例中，由泵系統(tǒng)35輸送到腔室34的熔覆區(qū)域47中的惰性氣體量足以將熔覆區(qū)域47內(nèi)的惰性氣體的濃度升高至預(yù)定閾值水平。在實施例中，泵系統(tǒng)35可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識到的任何合適泵送布置，以同時實現(xiàn)在排空階段期間在熔覆區(qū)域47內(nèi)產(chǎn)生真空壓力并且在回填階段期間將一定量的惰性氣體輸送到熔覆區(qū)域47中。

仍參照圖1，材料進(jìn)料設(shè)備39可以配置成當(dāng)部件30保持在部件固定件37中時、將熔覆材料22引向部件30的基底表面25。材料進(jìn)料設(shè)備39包括設(shè)置在腔室34外部的熔覆材料供源84以及設(shè)置在腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)的給料出料端部85。材料進(jìn)料設(shè)備39配置成將熔覆材料22從熔覆材料供源84選擇性地運(yùn)送至給料出料端部85并且將熔覆材料22從給料出料端部85分配到部件30的基底表面25上。

在所說明的實施例中，管道87插置于給料出料端部85和熔覆材料供源84之間。管道87配置成將熔覆材料22從熔覆材料供源84運(yùn)送至給料出料端部85。在實施例中，多個管道可以插置于熔覆材料供源84和給料出料端部85之間，以將熔覆材料22沿著多個路徑運(yùn)送至給料出料端部85。每個管道87均可以與腔室34處于密封關(guān)系中，以使得管道87延伸穿過腔室34的主體70，且在其間具有真空緊密的耐壓密封。

在實施例中，任何合適的材料進(jìn)料設(shè)備39均可以用于輸送諸如側(cè)進(jìn)料原料或同軸原料之類的熔覆材料22。在實施例中，材料進(jìn)料設(shè)備39包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于將熔覆材料22從設(shè)置在腔室34外部的熔覆材料供源84運(yùn)送至設(shè)置在腔室34內(nèi)的給料出料端部85的任何合適機(jī)構(gòu)。在實施例中，材料進(jìn)料設(shè)備39配置成加熱存儲在熔覆材料供源84的存儲區(qū)域內(nèi)的熔覆材料22和/或在熔覆材料正從熔覆材料供源84被運(yùn)送至給料出料端部85時對該熔覆材料進(jìn)行加熱。

給料出料端部85可以配置成排出從熔覆材料供源84供給的熔覆材料22，用以將熔覆涂層熔合在部件30的基底表面25上。在實施例中，材料進(jìn)料設(shè)備39可以配置成從給料出料端部85分配熔覆材料22，以使得熔覆材料22與激光束43的焦點一致地沉積在部件30上。材料進(jìn)料設(shè)備39可以配置成在部件30的基底表面25沿著掃描路徑基本上連續(xù)的情形下、將熔覆材料22饋給到激光束43的束斑中。

在實施例中，給料出料端部85可以呈噴嘴的形式。在實施例中，給料出料端部85可以配置成將熔覆材料22沉積為具有預(yù)定厚度的層。例如，在實施例中，可以將熔覆材料22沉積為近似1至2毫米厚的層。在其他實施例中，給料出料端部85可以具有會由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到的任何合適形狀。

在實施例中，材料進(jìn)料設(shè)備39包括機(jī)器人進(jìn)料運(yùn)動系統(tǒng)89。機(jī)器人進(jìn)料運(yùn)動系統(tǒng)89可以配置成當(dāng)部件30由部件固定件37支承時、使得給料出料端部85相對于部件30移動。

在實施例中，機(jī)器人進(jìn)料運(yùn)動系統(tǒng)89可以包括一維線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng)。在又一些其他實施例中，機(jī)器人進(jìn)料運(yùn)動系統(tǒng)89可以包括配置成使得給料出料端部85移動，從而使得給料出料端部85在腔室34內(nèi)以至少兩個自由度相對于安裝在部件固定件37內(nèi)的部件30移動。例如，在實施例中，機(jī)器人進(jìn)料運(yùn)動系統(tǒng)89可以包括六軸機(jī)器人。

在所說明的實施例中，材料進(jìn)料設(shè)備39配置成提供呈粉末形式的熔覆材料22。在其他實施例中，材料進(jìn)料設(shè)備39可以配置成呈細(xì)長部件(例如，線或帶)形式的熔覆材料22，用以施加于部件30的基底表面25。

在其他實施例中，可以使用本領(lǐng)域已知的任何系統(tǒng)和方法將熔覆材料22設(shè)置在部件30的基底表面25上。例如，在實施例中，在排空腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)的氣體之前，膏狀熔覆材料可以布置在部件30上。

在實施例中，熔覆材料22可以是用于激光熔覆工藝的任何合適材料、例如合適的金屬。例如在實施例中，熔覆材料22可以是鐵基鋼合金(不銹鋼、碳化鎢等)和/或鎳基合金。在一個示例中，用于熔覆通過鍛造制成的部件的合適鋼熔覆材料可以是硬面工具鋼材料的混合物或均勻合成物。

在實施例中，熔覆材料22類似于部件30的例如在基底表面25上發(fā)現(xiàn)的基材。在其他實施例中，熔覆材料22不同于部件30的基材。在這些情形的實施例中，熔覆材料22與部件30在基底表面25處的基材兼容，以使得施加于基底表面25的熔覆材料在經(jīng)受根據(jù)本發(fā)明原理的激光熔覆工藝之后、與部件30的基底表面25冶金地結(jié)合。在這些情形的實施例中，熔覆材料22可以相對于部件30的基底表面25的基材具有至少一種增強(qiáng)材料特性，例如耐磨性、疲勞強(qiáng)度等等。

仍參照圖1，部件固定件37設(shè)置在腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)。部件固定件37配置成支承部件30。

在實施例中，部件固定件37包括機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91。機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91配置成使得由部件固定件37支承的部件30相對于激光束43和/或材料進(jìn)料設(shè)備39的給料出料端部85移動。在實施例中，控制器40可以配置成操縱機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)54、機(jī)器人進(jìn)料運(yùn)動系統(tǒng)89和/或機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91來操縱激光束43相對于部件30的位置以及熔覆材料22相對于部件30的沉積部位。在實施例中，控制器40可以配置成協(xié)調(diào)機(jī)器人運(yùn)動系統(tǒng)54、89、91的運(yùn)動，以使得它們以協(xié)配的方式起作用，從而在激光熔覆工藝期間保持一致。

在實施例中，機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91可以包括一維線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng)。在又一些其他實施例中，機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91可以包括配置成使得部件30移動，從而使得部件30以至少兩個自由度相對于從激光設(shè)備32發(fā)射的激光束43和/或從腔室34內(nèi)的材料進(jìn)料設(shè)備39排出的熔覆材料22移動。例如，在實施例中，機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91可以包括六軸機(jī)器人。

在圖1中說明的實施例中，部件固定件37呈具有三通卡盤的主軸93的形式，該三通卡盤配置成固定地夾持部件30，用以將部件30安裝于主軸93的卡盤。機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91呈電機(jī)95的形式，該電機(jī)由控制器40選擇性地激活，以使得主軸93(且由此安裝于該主軸的部件30)繞該主軸的縱向軸線la旋轉(zhuǎn)。在激光熔覆操作期間，部件30可以安裝于主軸93，且機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91可以操作以使得部件30的基底表面25相對于激光束43和/或材料進(jìn)料設(shè)備39的給料出料端部85繞縱向軸線la旋轉(zhuǎn)。在實施例中，機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)91可以配置成使得部件30相對于腔室34內(nèi)的基準(zhǔn)點在沿著至少一根軸線(例如，縱向軸線a)的行進(jìn)范圍之上選擇性地平移。在實施例中，激光頭52和/或材料進(jìn)料設(shè)備39的給料出料端部85可以在將部件30維持在固定位置中的同時移動。在實施例中，部件固定件37可以具有不同的形式。

在圖1所說明的實施例中，控制器40與激光設(shè)備32、部件固定件37、材料進(jìn)料設(shè)備39以及泵系統(tǒng)35相連通并且配置成調(diào)節(jié)它們的操作。控制器40可以經(jīng)由本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識到的任何合適的技術(shù)(例如，有線電連接或無線地)與激光熔覆系統(tǒng)20的各個部件相連通。

在實施例中，控制器40包括用于執(zhí)行計算機(jī)可執(zhí)行指令的至少一個處理器。在實施例中，該處理器可以以任何合適的形式實施，例如計算機(jī)、服務(wù)器或制造機(jī)器(例如，計算機(jī)數(shù)字控制(cnc)機(jī)器)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到，控制器40可以包括若干商業(yè)上可獲得的處理器的任何一種。控制器40可以包括存儲器或者與存儲器相關(guān)聯(lián)，該存儲器具有非瞬態(tài)計算機(jī)可讀介質(zhì)，其可以用于存儲能被處理器所執(zhí)行的信息和/或可執(zhí)行軟件模塊。可以存儲在存儲器中的示例性信息包括操作條件；設(shè)計限制；激光設(shè)備32、部件固定件37、材料進(jìn)料設(shè)備39和/或泵系統(tǒng)35的性能特征或規(guī)格；部件30(例如，基底表面25和所完成的熔覆層表面)的操作指令和對應(yīng)的質(zhì)量參數(shù)。

在實施例中，各種其他已知的電路可以與控制器40相關(guān)聯(lián)，例如電源電路、信號調(diào)節(jié)電路、螺線管驅(qū)動電路、通信電路以及其他合適的電路。此外，控制器40可以配置成經(jīng)由有線或無線傳輸與激光設(shè)備32、部件固定件37、材料進(jìn)料設(shè)備39和泵系統(tǒng)35的其他部件(例如，與它們的電機(jī)、致動器、傳感器、開關(guān)等)進(jìn)行通信。

激光熔覆系統(tǒng)20的控制器40可以被編程以控制或指令泵系統(tǒng)35，從而將氣體從腔室34的熔覆區(qū)域47內(nèi)選擇性地排空。例如，在實施例中，一旦控制器40接收信號以啟動激光熔覆工藝，控制器40就可以引導(dǎo)泵系統(tǒng)35操作，從而將氣體從腔室34的熔覆區(qū)域47排出。在實施例中，控制器40可以配置成在接收啟動命令之后、僅僅如果該控制器已接收到部件30由部件固定件37安裝或支承的指令的話才操作泵系統(tǒng)35。在實施例中，在泵系統(tǒng)35已經(jīng)由真空壓力將氣體從腔室34內(nèi)的熔覆區(qū)域47中排空之后，控制器40可以引導(dǎo)泵系統(tǒng)35利用來自惰性氣體供源82的一定量惰性氣體來回填熔覆區(qū)域47。

激光熔覆系統(tǒng)20的控制器40可被編程為在激光熔覆工藝期間控制或指令激光頭52、來沿著掃描路徑引導(dǎo)激光束43。每次在掃描路徑之上引導(dǎo)激光束43可以被認(rèn)為是一個路程。在實施例中，該激光熔覆工藝可以包括單程。更確切地說，為了在激光熔覆工藝期間熔化熔覆材料22，激光束43僅有一次在掃描路徑之上被引導(dǎo)。在其他實施例中，控制器40可以配置成使得激光頭52在多程掃描路徑之上移動。

在實施例中，控制器40可被編程有預(yù)清洗模塊和形成珠粒模塊。在實施例中，預(yù)清洗模塊包括計算機(jī)程序，其配置成控制激光頭52，以在使用激光設(shè)備32利用熔覆材料22對部件30進(jìn)行熔覆之前、在預(yù)清洗掃描路徑之上引導(dǎo)激光束43，以從基底表面25中清除雜質(zhì)。在實施例中，該形成珠粒模塊包括計算機(jī)程序，其配置成控制激光頭52以在掃描路徑之上引導(dǎo)激光束43，從而在部件30的基底表面25處形成熔覆材料22的熔化珠粒。在實施例中，該預(yù)清洗掃描路徑基本上與掃描路徑相同。在實施例中，控制器40配置成在激光束43經(jīng)過預(yù)清洗掃描路徑之后的預(yù)定時間量內(nèi)、在掃描路徑之上引導(dǎo)激光束。

在激光束43完成經(jīng)過掃描路徑之后，控制器40的形成珠粒模塊可配置成控制或指令激光頭52以引導(dǎo)激光束43在第二掃描路徑之上移動，從而形成下一熔化珠粒。在實施例中，第二掃描路徑可以與由第一掃描路徑產(chǎn)生的熔覆材料的珠粒相鄰或接續(xù)。在實施例中，第二掃描路徑位于第一掃描路徑之上。控制器40的形成珠粒可配置成控制或指令激光束43在激光熔覆周期的每個掃描路徑之上移動。

在實施例中，控制器40可被編程以控制熔覆材料22在每個掃描路徑之上的輸送供給。在實施例中，控制器40可被編程為使得由部件固定件37支承的部件30相對于激光束43和/或材料進(jìn)料設(shè)備39的給料出料端部85移動。在實施例中，控制器40可被編程為使得材料進(jìn)料設(shè)備39的給料出料端部85相對于激光束43和/或由部件固定件37支承的部件30移動。在實施例匯總，控制器40可被編程為控制或指令材料進(jìn)料設(shè)備39來使得給料出料端部85沿著掃描路徑移動，并且在給料出料端部85沿著掃描路徑移動時，將熔覆材料22從熔覆材料供源84運(yùn)送至給料出料端部85并使得熔覆材料22從給料出料端部85分配到部件30的基底表面25上。因此，熔覆材料22的輸送可以與激光束43在掃描路徑之上的移動一致。在部件30處于掃描路徑之上的情形下，激光束43熔化部件30的基底表面25以及沿著該掃描路徑沉積的熔覆材料22，從而形成熔覆材料22的熔化珠粒。在固化時，熔覆材料22形成熔覆層，其冶金地結(jié)合于部件30的基材和/或結(jié)合于部件30的之前沉積的熔覆材料22。

參照圖2和3，示出激光熔覆系統(tǒng)220的另一實施例。激光熔覆系統(tǒng)220可以用于執(zhí)行遵循本發(fā)明的原理而將熔覆材料222熔覆到部件230的基底表面225上的方法。激光熔覆系統(tǒng)220包括激光設(shè)備232、腔室234、泵系統(tǒng)(未示出)、部件固定件237、材料進(jìn)料設(shè)備239以及控制器(未示出)。激光熔覆系統(tǒng)220還可以包括為激光熔覆系統(tǒng)220供電的電源(未示出)。呈密封環(huán)形式的部件230被示出為定位在部件固定件237上，并被保持于其中用于進(jìn)一步處理。

參照圖2和3，激光設(shè)備232配置成產(chǎn)生具有線性形狀的激光束243，其具有預(yù)定寬度w(參見圖3)。圖2和3的激光設(shè)備232可以在其他方面類似于圖1的激光設(shè)備32，例如包括其機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)。

圖2和3的部件固定件237呈支承盤293的形式，其配置成將部件230支承在支承盤293的平坦頂表面294上。在實施例中，一個或多個定位銷和/或夾板構(gòu)件可以安裝于支承盤293，以固定部件230相對于支承盤293的位置。機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)291呈合適電機(jī)(未示出)的形式，其由控制器40選擇性地激活以使得支承盤293(且由此安裝于該支承盤的部件230)繞支承盤293的旋轉(zhuǎn)軸線ra旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸線基本上垂直于支承盤的平坦頂表面294。在其他實施例中，部件固定件237可以具有其他不同的形式，其包括使得部件230固定和/或移動的其他裝置。

激光設(shè)備232的激光頭252可以相對于抵靠在支承盤293上的部件230移動，以使得激光束243定位在部件230的外周界231處(參見圖3)。在實施例中，激光束243的光束形狀可相對于部件230定位，以使得光束形狀的寬度沿著延伸穿過部件230的幾何中心(gc)的軸線(lba)延伸(參見圖4)。

參照圖2，材料進(jìn)料設(shè)備239可以被操縱以選擇性地基本上與激光束243撞擊部件230的基底表面225位置處的光斑一致地、分配熔覆材料222。支承盤293能繞旋轉(zhuǎn)軸線ra旋轉(zhuǎn)，以使得激光束243完成包圍部件230的外周界231的掃描路徑。在實施例中，部件230可以是例如在圖4至6中示出的環(huán)狀密封環(huán)。材料進(jìn)料設(shè)備239可以在部件230繞部件旋轉(zhuǎn)軸線ra旋轉(zhuǎn)時、將熔覆材料222持續(xù)地沉積在該部件的基底表面225上，以施加熔覆材料222的呈環(huán)狀的層。激光設(shè)備232可被操作以在泵系統(tǒng)已將氣體從腔室234的熔覆區(qū)域247內(nèi)排空之后、熔化沉積在部件230上的熔覆材料222。

圖2和3的激光熔覆系統(tǒng)220可以在其他方面類似于圖1的激光熔覆系統(tǒng)20。例如，圖2和3的激光熔覆系統(tǒng)220的腔室234、泵系統(tǒng)以及控制器可以類似于接合圖1的激光熔覆系統(tǒng)20所描述的那些部件。

參照圖4至6，部件230可以呈密封環(huán)的形式。密封環(huán)230可以由諸如合金之類的任何合適材料制成。在實施例中，密封環(huán)230可由合適的鎳合金或鐵合金制成。

參照圖3和圖6，可以操作材料進(jìn)料設(shè)備239，以將熔覆材料222從其中排放到呈環(huán)狀的密封環(huán)230的基底表面225上，從而施加同樣也呈環(huán)狀的熔覆材料層223(同樣參見圖4和圖5)。激光束243可以熔化熔覆材料層223以使得熔覆材料層223冶金地結(jié)合于密封環(huán)230的基底表面225。

熔覆材料和部件230的基材、以及形成相鄰珠粒的之前沉積但經(jīng)固化的熔覆材料可以熔化并且一起混合在熔融池中。因此，應(yīng)認(rèn)識到的是，激光束243可以撞擊在之前沉積的珠粒的一部分上以及此外基底表面225的還未經(jīng)熔覆并且由基材形成的一部分上。一旦完成新沉積的珠粒，就可以對激光設(shè)備232和/或部件230進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得激光束243相對于部件230重新定位。另一珠粒的形成可持續(xù)，直到熔覆材料層223完全周向地包圍部件230的頂部基底表面225延伸為止。

在熔覆材料層223固化之后，該熔覆材料層和部件的基底表面225的基材在它們之間形成冶金結(jié)合。熔覆材料層223可以經(jīng)受機(jī)加工，以使得部件230落在部件230的包括熔覆材料層的外表面的規(guī)定數(shù)值的目標(biāo)范圍內(nèi)。

雖然所說明的實施例示出部件230呈密封環(huán)的形式，但這僅僅是示例性的。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，與部件的激光熔覆相關(guān)的所公開原理的各個方面可以用于各種不同類型的部件。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在其他實施例中，激光熔覆系統(tǒng)可以用在遵循本發(fā)明原理的用于制造、維修或改造不同類型部件的激光熔覆工藝中。

在遵循本發(fā)明原理的用于激光熔覆的方法的實施例中，熔覆材料層可以與在受控環(huán)境中的部件的基底表面結(jié)合。在實施例中，通過操作真空泵以將真空腔室內(nèi)的環(huán)境空氣排空而在該真空腔室內(nèi)產(chǎn)生該受控環(huán)境。該真空腔室可以維持在真空壓力下，而從腔室外部引導(dǎo)穿過激光透明窗口的激光束熔化沉積在部件和該部件的基底表面上的熔覆材料。

參照圖7，示出遵循本發(fā)明的用于激光熔覆的方法700的實施例的各步驟。在實施例中，遵循本發(fā)明原理的用于激光熔覆的方法可以用于制造、維修或改造根據(jù)這里所描述原理的部件的任何實施例。

在用于激光熔覆的方法700中，部件布置在由腔室的內(nèi)表面所限定的熔覆區(qū)域內(nèi)(步驟710)。該熔覆區(qū)域包括密封容積。該腔室包括由激光透明材料制成的窗口。在實施例中，將部件布置在熔覆區(qū)域內(nèi)的步驟(步驟710)可以包括使得部件通過由腔室的主體所限定的部件開口并且在該部件布置在該熔覆區(qū)域內(nèi)之后、將面板可拆除地固定于該主體，以使得該面板阻擋該部件開口并且處于與該主體的密封關(guān)系中。

甚至在材料自身最近還未被加熱或熔化的情形下，隨著時間的推移，氧氣存在于環(huán)境中，而將趨于發(fā)生在材料暴露于氧化環(huán)境的表面上形成氧污染物。氧污染物可以形成在最近沉積的熔覆材料上。氧污染物可能會降低焊接工藝的完整性，并且在熔覆材料層的情形中，可能會產(chǎn)生孔隙和其他缺陷，其可能會產(chǎn)生或傳播裂紋和/或引起熔覆材料層從部件的基底表面脫層。因此，在步驟720中，在熔覆區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生足以將氣體從中排空的真空壓力。在實施例中，在熔覆區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生真空壓力的步驟可以用于將腔室內(nèi)的氧氣排空，以使得降低熔覆材料和/或部件的基底表面氧化的傾向性。在實施例中，在熔覆區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生真空壓力的步驟可以用于將基本上所有氧氣從腔室內(nèi)的熔覆區(qū)域中排空。

熔覆材料沉積在部件上(步驟730)。在實施例中，將熔覆材料沉積在部件上的步驟(步驟730)包括從材料進(jìn)料設(shè)備的給料出料端部分配熔覆材料。給料出料端部設(shè)置在腔室的熔覆區(qū)域內(nèi)。在實施例中，熔覆材料供源設(shè)置在真空腔室外部，而熔覆材料從該熔覆材料供源運(yùn)送至給料出料端部。

在遵循本發(fā)明原理的用于激光熔覆的方法的實施例中，該方法還可以包括在排空熔覆區(qū)域之后，利用一定量的惰性氣體來回填該熔覆區(qū)域。在實施例中，可以使用任何合適的惰性氣體，例如氬氣、氮氣或氦氣。

激光束從腔室外部被引導(dǎo)穿過窗口，使得激光束將熔覆材料熔化到部件上(步驟740)。通過采用機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)，使激光束相對于部件沿掃描路徑移動，以移動發(fā)出激光束的激光頭(步驟750)。允許熔覆材料固化，使得熔覆材料與部件結(jié)合(步驟760)。

在實施例中，將熔覆材料沉積在部件上的步驟(步驟730)包括使得給料出料端部相對于部件移動，以使得該熔覆材料沿著掃描路徑沉積，并且引導(dǎo)激光束的步驟(步驟740)包括使得激光束相對于部件移動，以使得該激光束遵循沿著掃描路徑。在實施例中，熔化熔覆材料包括熔化熔覆材料，以使得經(jīng)熔化的熔覆材料在固化時與部件的基材冶金地結(jié)合。

在實施例中，使得激光束相對于部件沿著掃描路徑移動的步驟(步驟750)包括使得該激光束相對于該部件沿著掃描路徑平移。在實施例中，使得激光束相對于部件沿著掃描路徑移動的步驟(步驟750)包括使用機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)來移動該部件。在這些實施例的至少一些中，該機(jī)器人部件運(yùn)動系統(tǒng)使得部件繞部件旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。

在實施例中，該部件由諸如金屬合金之類的合適材料制成。在實施例中，部件由基材制成。在實施例中，熔覆材料不同于基材。在實施例中，部件至少部分地由不同于熔覆材料的基材制成。熔覆材料與基材結(jié)合。

例如，在實施例中，該熔覆材料可以由比用于制造部件的基材硬的鋪面材料制成。熔覆層可以設(shè)置在覆蓋區(qū)域之上，該覆蓋區(qū)域定向在與部件的期望用途相關(guān)聯(lián)的磨損路徑之上。在其他實施例中，熔覆材料基本上與基材相同。

在遵循本發(fā)明原理的用于激光熔覆的方法的實施例中，該方法還可以包括在引導(dǎo)激光束的步驟(步驟740)之前、使用清潔光束撞擊在所要熔覆的表面上，以使得該表面基本上被凈化并且在發(fā)生引導(dǎo)激光束的步驟(步驟740)之前基本上沒有新的氧污染物有時間產(chǎn)生。在實施例中，使得表面凈化可以包括將污染物從部件的基底表面并且從之前沉積珠粒的熔覆材料中揮發(fā)。

在實施例中，在熔覆材料和部件的基材之間獲得機(jī)器人冶金結(jié)合，并且熔覆材料層基本上是無孔的，以使得該熔覆材料層對于裂紋和/或脫層具有可接受的耐受性。在實施例中，熔覆層具有僅僅有限的孔數(shù)量，這些孔具有約0.010毫米(10微米)或者大于給定的熔覆層面積。

在遵循本發(fā)明原理的用于激光熔覆的方法的實施例中，該方法還可以包括將入射激光束分成清潔光束和焊接光束，將該清潔和焊接光束引導(dǎo)朝向部件，以使得該清潔和焊接光束撞擊到部件的基底表面上；使得該清潔和焊接光束相對于該部件沿著掃描路徑移動，以使得焊接光束在基底表面上沿著共同的掃描路徑跟隨該清潔光束之后；經(jīng)由該清潔光束沿著共同的掃描路徑對部件的基底表面進(jìn)行凈化；并且經(jīng)由焊接光束沿著該共同的掃描路徑來熔化熔覆材料，以使得經(jīng)熔化的熔覆材料沿著該共同的掃描路徑接觸經(jīng)凈化的基底表面，并且在固化時與部件的形成基底表面的基材結(jié)合。在這些實施例的至少一些中，該清潔和焊接光束沿著共同的掃描路徑同步地行進(jìn)。

在遵循本發(fā)明原理的用于激光熔覆的方法的實施例中，該方法還可以包括對該部件進(jìn)行機(jī)加工以形成修理表面。該部件可以是已從機(jī)器系統(tǒng)的服務(wù)中移除的一種部件并且已被機(jī)加工來移除部件中其中具有缺陷的材料。

例如，在實施例中，呈已用軸形式的部件可以被機(jī)加工(例如在車床上)，以從中移除受損的和/或已磨損的材料。修理表面可以具有數(shù)值小于規(guī)定數(shù)值的尺寸。將熔覆材料沉積在部件上的步驟(步驟730)包括將熔覆材料沉積在修理表面上。熔覆材料與部件的修理表面結(jié)合，以使得尺寸的數(shù)值增大到等于或大于規(guī)定數(shù)值。在實施例中，熔覆材料層可以經(jīng)受機(jī)加工(例如，研磨)，以使得尺寸的數(shù)值落在規(guī)定數(shù)值的目標(biāo)范圍內(nèi)。在實施例中，傳統(tǒng)的或cnc車床機(jī)器、銑削機(jī)器等等可用于機(jī)加工操作。在其他實施例中，機(jī)加工操作可以使用其他技術(shù)、例如放電機(jī)加工、電化學(xué)加工、電子束加工、光化學(xué)加工以及超聲波機(jī)加工來執(zhí)行。

工業(yè)實用性

本文所描述激光熔覆系統(tǒng)和用于激光熔覆的方法的實施例的工業(yè)可應(yīng)用性將從前文描述中更易于理解。所描述的原理可應(yīng)用于各種部件。例如，諸如凸輪軸、曲柄軸、泵軸、齒輪、密封環(huán)以及其他高性能應(yīng)用之類的部件可能在使用中經(jīng)受相對苛刻的條件，從而對于該部件引起各種形式的磨損和/或損傷。使用本發(fā)明的原理，比制造部件的基材硬的熔覆材料層可以在用于延長部件的使用壽命之前施加于該部件的表面。使用本發(fā)明的原理，部件也可以在使用根據(jù)本發(fā)明原理的激光熔覆的再制造過程中重構(gòu)或者重涂覆有熔覆材料層，以進(jìn)一步延長該部件的使用壽命。

本領(lǐng)域技術(shù)人員會熟悉許多焊接程序期間的條件，其導(dǎo)致在暴露于氧化環(huán)境的材料表面上形成氧污染物。氧污染物可能會降低焊接工藝的完整性，并且在熔覆材料層的情形中，可能會產(chǎn)生孔隙和其他缺陷，其可能會產(chǎn)生或傳播裂紋和/或引起熔覆材料層從部件的基底表面脫層。在實施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)造的激光熔覆系統(tǒng)可以用于在受控環(huán)境條件下，將經(jīng)熔化的熔覆材料珠粒施加到部件的基底表面，該受控環(huán)境條件配置用于降低珠粒固化時形成的熔覆材料層內(nèi)孔隙的發(fā)生和/或尺寸。

在實施例中，根據(jù)本發(fā)明的原理而構(gòu)造的用于激光熔覆的系統(tǒng)可以用于執(zhí)行激光熔覆的方法，其包括將部件置于腔室的內(nèi)表面限定的熔覆區(qū)域內(nèi)，并包括密封容積。該腔室包括由激光透明材料制成的窗口。在熔覆區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生足以將氣體從中排空的真空壓力。在實施例中，泵系統(tǒng)在熔覆區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生足以將氧氣從中排空的真空壓力，以使得降低熔覆材料和/或部件的基底表面氧化的傾向性。在實施例中，泵系統(tǒng)在熔覆區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生足以將基本上所有氧氣從腔室內(nèi)的熔覆區(qū)域中排空的真空壓力。在實施例中，在將環(huán)境氣體從中排空之后，可以用惰性氣體(比如氦氣)將熔覆區(qū)域回填。

熔覆材料沉積在部件上。激光束從腔室外部被引導(dǎo)穿過窗口，使得激光束將熔覆材料熔化在部件上。通過使用機(jī)器人激光運(yùn)動系統(tǒng)，使激光束相對于部件沿掃描路徑移動，以移動發(fā)出激光束的激光頭。在實施例中，原料可以饋送到真空系統(tǒng)中并且重合在激光束的焦點上。在實施例中，例如根據(jù)所要熔覆部件的復(fù)雜度，可以提供輔助機(jī)器人來在激光熔覆工藝期間操縱該部件和/或位于腔室內(nèi)的原料沉積位置。控制器40可以設(shè)置成協(xié)調(diào)機(jī)器人系統(tǒng)，以使得它們以協(xié)配的方式起作用，從而在激光熔覆工藝期間保持一致。

允許熔覆材料固化，使得熔覆材料與部件結(jié)合。在實施例中，熔覆材料層和部件的置于下方基底表面在冶金結(jié)合中固定在一起，其具有優(yōu)于使用傳統(tǒng)熱噴涂工藝所施加的熔覆層的優(yōu)良結(jié)合強(qiáng)度。

將認(rèn)識到的是前面的描述提供了公開的系統(tǒng)和技術(shù)的例子。但是，預(yù)料到本發(fā)明的其他實施方式可與前述例子在細(xì)節(jié)上不同。所有本發(fā)明或其示例的參照旨在參照在該點所描述的特定示例并且并不意圖更一般地暗示對本發(fā)明范圍的任何限制。所有對某些特征的區(qū)分和貶低的語言旨在表明那些特征不是優(yōu)選的，但除非另外具體指出，否則不把這些特征完全從本發(fā)明的范圍排除。

除非在此另外指出，否則在此對數(shù)值范圍的敘述僅僅用作一種速記方法，分別涉及落入范圍內(nèi)的各單獨數(shù)值，并且各單獨數(shù)值包含在說明書內(nèi)，如同在此個別列舉一樣。本文所述的所有方法可以任何合適的順序進(jìn)行，除非本文另有說明或者上下文清楚地相反指示。